数据传输设备 【技术领域】
本发明涉及一种用于在开采地下流体的装备中发送数据的设备，该开采装备包括一个在地下地层中限定的并且从地面延伸的腔体，所述腔体带有至少一个的导电管件，该设备类型为包括一条用来支持操作和/或测量组件的单股光滑电缆，该电缆具有大于300十牛顿(daN)的破坏强度、由导电材料做成并且在该管件中设置在位于地面的第一点和位于腔体内的第二点之间，本发明还涉及一种用于开采地下流体的关联装备。
背景技术
术语“管件”用于表示空心和长的元件，例如基本圆筒件。
已知使用“钢琴丝”或“滑线”型单股光滑电缆从在油井内或其它废物(尤其气体、蒸气、水)井内完成各种机械操作(通常称为“电缆操作”或“滑线操作”)。作为例子，这种操作可以是打开和关上阀，使零件就位或者对壁打孔。
这些本申请中称为“光滑电缆”或“钢琴丝”的电缆显示了使用简单的优点。和扭绞电缆不同，它们拥有自己本性提供的良好机械性质。利用“钢琴丝”型电缆对井头提供密封要利用扭绞电缆容易得多。
但是，采用这种电缆在机械功能上是受限制的，并且会存在一些缺点。例如，对于打孔操作，当在钢琴丝型电缆的一端把炸药下降到井内时，设置一个定时器以便在预定时间到期时引发爆炸。在这种环境下，地面上的操作员不能保证地确发生爆炸，并且把电缆收回到地面时该工具可能含有残余炸药，这会是危险的。
还知道扭绞电缆能完成发送电量的功能。但是，这种电缆更贵，并且在井头操纵它们要比操纵光滑电缆更复杂。
【发明内容】
本发明的主要目的是提供一种特别简单和便宜的装置，用于在地面控制设备和位于钢琴丝型电缆的端头处的工具之间或者在位于井内的测量装置和地面之间发送数据。
为此，本发明提供一种上面规定类型的设备，其特征在于，该电缆的表面至少部分地与所述管件是电绝缘的，并且该设备还包括位于该第一和第二点中的一个点或两个点附近用于发送电和/或电磁信号的发送装置和位于该第一和第二点中的另一点或两个点附近用于接收电和/或电磁信号的接收装置；所述发送装置和所述接收装置分别电气上和该电缆连接并和该管件和/或地层连接；该电缆构成在该发送装置和该接收装置之间传送电和/或电磁信号的回路的一部分。
本发明的设备可以单独地或者以任何技术上可行的组合地包括下述特征中的一个或多个：
该电缆表面带有连续绝缘材料涂层并且电气上和所述管件绝缘；
·该连续绝缘材料涂层的厚度等于二种标准但不涂覆电缆直径上的差的一半；
·该电缆的表面按一定间隔带有绝缘材料定中心器以和所述管件电绝缘；
·在该第一点和第二点附近该发送装置和该接收装置电气上和所述管件连接并且该发送装置发送的以及该接收装置接收的信号是电信号。
·该腔体至少带有第一管件和第二管件，第二管件设置在第一管件之内，并且该电缆设置在第一和第二管件之间的环形空间内；
·该电缆的表面具有至少一个和所述管件的电接触点，并且在第一和第二点附近该发送装置和/或接收装置以及所述管件电气上和地层连接；
·在该第一点附近该发送装置发送的电信号注入到第一偶极子，该第一偶极子包括在该第一点附近的该发送装置和该电缆之间的一个电接触点和在该第一点附近该发送装置和地层之间的一个电接触点；该第一偶极子生成由第二偶极子接收的电磁信号，该第二偶极子包括该电缆和该管件之间的所述电接触点中的一个电接触点和在该第二点附近该接收装置和该管件之间的一个电接触点，并且该第二偶极子接收的电磁信号生成传送到在该第二点附近该接收装置的电信号；
·在该第二点附近该发送装置发送的电信号注入到第二偶极子，该第二偶极子包括该电缆和该管件之间的所述电接触点中的一个电接触点和在该第二点附近该发送装置和该管件之间的一个电接触点，所述第二偶极子生成由第一偶极子接收的电磁信号，该第一偶极子包括该第一点附近的该接收装置和该电缆之间的一个电接触点和该第一点附近的该接收装置和地层之间的一个电接触点，该第一偶极子接收的电磁信号生成传送到在第一点附近该接收装置的电信号；
·地层与该第一点附近该发送器和/或接收装置之间的电接触通过一个固定到地中的传导件进行；
·用于发送和接收电和/或电磁信号的发送装置和接收装置位于该第一和第二点附近中的各一点；以及
·用于发送电和/或电磁信号的发送装置只位于该第一和第二点的一个的附近，而用于接收电和/或电磁信号的接收装置只位于该第一和第二点中的另一个附近。
本发明还涉及一种用于开采地下流体的装备，该装备包括一个在地下地层中限定的从地面延伸并由井头在地面关闭的腔体，所述腔体带有至少一个的导电管件，其特征在于它包括一个按上面定义的传输设备。
本发明的装备可以单独地或者以任何技术上可行的组合地包括下述特征中的一个或多个：
·它包括一个在电缆上施加绝缘涂层的涂层器设备；
·井头前面加上气塞以对电缆提供密封部件，并且用于在电缆上施加绝缘涂层的涂层器设备在该密封部件的下游设置在该气塞内；以及
·它包括展开装置和一个用于在井头内对齐电缆的对齐设备，该对齐设备包括至少一个的护套，该装备特征在于该用来在电缆上施加绝缘涂层的涂层器设备设置在该展开装置和该对齐设备之间，并且该或每个护套电气上与该井头和/或地层绝缘。
【附图说明】
下面参照各附图说明本发明的实施例，附图中：
图1是本发明的传输设备的第一配置图；
图2是用于就地在钢琴丝型电缆的表面上施加绝缘涂层的设备图；
图3是本发明的传输设备的第二配置图；以及
图4是本发明的传输设备的第三配置图。
【具体实施方式】
例如当在产油井装备1中进行工作时，诸如从事井眼下的测量或者通过安装在钢琴丝型电缆端头处的工具进行打孔操作时，使用本发明的设备，
该设备包括支持进行操作和/或测量的组件5的并和展开装置7关联的光滑电缆3。该设备还包括用于发送/接收电和或电磁信号的第一装置9和第二装置11。
产油井装备1具有一个由井头15在地面17上关闭的腔体13或“井”。
腔体13形状上通常为管状。它在地面17和地下地层19某深度处的要作业的流体层(未示出)之间延伸。它由用导电材料(金属)做成的管组件的称为“套管”的第一外管21限定。
在第一管21的内部安装类似地用金属管组件构成的直径较小的第二管25(称为“生产管道”)。通过由导电材料(金属)做成的带有叶片的定中心器27基本把第二管25保持在第一管的21的中心上。
井头15包括导电材料本体31并带有工作阀33。
井头15的本体31在地面17上安装在第一管21的端头处。第二管25的端头安装在本体31的内部里。通过和第二管25对齐的工作阀33关闭第二管25。
光滑电缆3为钢琴丝型或滑线型单股电缆。它由金属做成，例如镀锌钢或不锈钢(例如316号)。该光滑电缆拥有良好的拉伸强度和足够的柔性。典型地，这种类型的电缆具有范围300daN到1500daN，最好范围600daN到1000daN的破坏负载，并且具有相对高的电阻率，典型地位于每米30毫欧(mΩ/m)到500mΩ/m范围，最好在35mΩ/m到300mΩ/m。
光滑电缆3的直径适应插到井头15中。这种类型的电缆的直径典型地在1毫米(mm)到5mm的范围内，最好在1.5mm到4mm的范围。
通过展开装置7把光滑电缆3插到第二管25中。装置7包括绞盘41和对齐及密封部件45，该绞盘41带有和液压或电单元43关联的转鼓42。
用来展开光滑电缆3的展开装置7可以放在地面17上或者可以是车载的(未示出)。
光滑电缆3的第一端固定在转鼓42上。对齐及密封部件45包括两个偏转滑轮49、气塞51和密垫(packer)53。
由于电缆3的外表面是光滑的，可以利用简单的密垫53达到穿过气塞51的密封。
光滑电缆3在它的自由端带有一个操作和/或测量组件5，在这样的情况下组件5包括工作设备55(尤其是一个工具)和控制部分57。
工具55使得能在井中完成一个或更多的操作。利用本发明的传输设备从地面17控制这些操作。
在第一实施例(图1)中，光滑电缆3的外表面电气上和第二管25完全绝缘。为此，对光滑电缆3的外表面施加电绝缘材料。
该连续绝缘材料可以从热塑材料、涂料或树脂中选择，并且可以以永久性方式施加到该电缆上，也可以以暂时方式施加它，在此情况可以从滑脂、润滑剂、沥青或类似物质中选择它。
可以在电缆3被拉伸或整理时对光滑电缆3施加绝缘材料。还可以通过参照图2说明的涂层器设备61在腔体13的附近非就地地进行施加。
该涂层器设备可以包含在气塞51中，位于其端部53和井头的工作阀33之间。它包括一个用于施加经阀65注入的绝缘物质的小室63和用于加热、融化或固化该物质的装置67例如感应加热器线圈。
如果把涂层器设备61放在气塞51中，偏转滑轮49和转鼓42需要电气上和井头和/或地层19绝缘，以确保本发明的传输设备正确工作。
在一种变型中，可以替代地把涂层器设备61放在绞盘41和底偏转滑轮49之间。
有利地，能使用未涂覆的标准光滑电缆3(例如直径为2.34mm或2.74mm)并且对该光滑电缆3施加厚度等于所述电缆3和直径更大的标准光滑电缆之间直径差的一半的涂层。这样，光滑电缆一旦涂覆变成现有“滑线”装备的标准尺寸(在上例中为2.74mm或3.17mm)。从而涂好的光滑电缆容易适应现有滑线装备。
在本发明的一种未示出的变型中，光滑电缆3对第二管25的电绝缘可以不利用绝缘涂层而是利用沿第二管25按固定间隔设置的用绝缘材料做成定中心器71。
在井头15附近设置用于发送和接收电信号的第一收发器装置9，其包括一个电气上和光滑电缆3及井头15连接的控制单元73。
于工具55附近在光滑电缆3的第二端上安装用于发送和接收电信号的第二收发器装置11。第二收发器装置11和控制部分57连接。在本发明的该第一传输设备中，装置11电气上还首先和光滑电缆3并且其次和第二管25连接。
第一和第二收发器装置各包括电子电路和电源例如电池。这些装置能在低频或中频上发送和接收调制的交变电信号。这样的装置本身上是周知的从而不详细说明。一种适用在本设备中使用的收发器的例子是可以从供应商Geoservices按商标WTD(无线发送数据)买到。
术语低频或中频覆盖1赫兹(Hz)到50,000Hz范围的频率，并且最好在5Hz到5000Hz范围。发送装置和接收装置之间的数据传输在0到10,000米(m)的范围，最好在500m到6000m的范围的距离上进行。
在这样的环境下，从地面向下发送的电信号是操作员产生的控制信号，而从穴下向地面发送和信号是控制部分57产生的确认信号。
发送装置9、11注入的电流在电压位于0到50伏(V)，最好5V到25V的范围内情况下范围在0到10安(A)，最好在0到2A。这些装置和利用电磁信号发送数据的环境中采用的常见装置是相同的。
在一变型中，可以在该第一实施例中采用用于在扭绞电缆上发送信号所使用的电流源类型。一种适用的电流源的例子可从供应商Geoservices按商标Emrodshuttle买到。
另外，当只需要从地面向井下发送例如只发布命令时，地面上的操作员激励一个简单的发送器9并且操作和/或测量组件5只需要带有接收装置11。
在另一个变型中，操作和/或测量组件5还可以包括用来检测物理单位的装置(未示出)，例如：温度，压力，流速，深度，井下阀门的状态，来自岩层的自然辐射(伽马辐射)，套管密封位置“套管圈定位器”，等等。
当只进行井下活动测量时，操作和/或测量组件5可以只包括检测器装置和发送器11，在此情况下地面上只配有接收装置9。
下面作为例子说明本发明的第一设备在打孔操作期间的操作。
当操作和/或测量组件5到达期望深度时，地面17处的第一收发器装置9以调制电流的形式发送电控制信号。由于光滑电缆3电气上和第二井25绝缘，在第一收发器装置9、光滑电缆3、第二收发器装置11、第二管25和井头15之间建立电流回路。尽管电缆3导电率特性差，经电缆3该电控制信号传送到操作和/或测量组件5的控制件57。接着操作和/或测量组件5的动作部分55完成该命令，例如它起爆该炸药。
当操作和/或测量组件5的动作部分55结束执行某命令时，第二收发器装置11以流过上面说明的电流回路的电流形式发送电确认信号。该确认信号由第一收发器装置9连接。从而地面上的操作员可以接收已经正确完成了指定的操作并且可以进行随后的操作(例如和该操作和/或测量组件一起拉回电缆)。
图3中示出本发明的第二数据传输设备。
和本发明的第一设备不同，光滑电缆3放在第一管21和第二管25之间的环形空间中。
该光滑电缆3永久地安装在图3中示出的产油井装备中。为此，可以通过就位的固定件75把光滑电缆3固定在第二管25的外部上，而第二管25本身放在第一管21中。
在本发明的该第二设备中，光滑电缆3的外表面涂上永久性施加的绝缘材料。
和图1中示出的装备不同，不再需要展开装置7。从而光滑电缆和控制单元73直接连接。
另外，本发明的第二设备的操作和本发明的第一设备的操作相同。
图4中示出本发明的第三数据传输设备。
和图1中示出的设备不同，光滑电缆3的表面具有至少一个对第二管25的电接触点81。
另外，第一收发器9电气上首先和光滑电缆3连接并且接着通过导电材料做成的在地面17插到地层19中的桩83和地下地层19连接。
在一变型中，如果该装备和海上钻井相关，可以把桩83插到海床中。
本发明的第三设备的操作和本发明的第一设备的操作类似。
一旦操作和/或测量组件5已定位在期望深度上，第一收发器装置9发送电控制信号。该信号和本发明的第一设备中产生的信号相同。从而可以通过相同的装置产生它。
该信号注入到首先通过电缆3和第一收发器装置之间的接触点84并且接着通过桩83形成的第一偶极子。注入到该第一偶极子中的电信号造成通过周围地层传播电磁控制信号，尤其是含有要发送的信息的电磁波。该电磁控制信号接着通过光滑电缆3和/或第二管25的引导向下移动到井底。通过首先由电缆3和第二管25的最接近操作和/或测量组件5的电接触点81并且接着由第二收发器装置9和第二管25之间的电接触点87形成的第二偶极子拾取该电磁控制信号，其中第二管通过定中心器27和第一管21电气上与地层19连接。第二偶极子接收的电磁信号产生由第二发送装置11接收的电信号。
类似地，以注入到首先通过电缆3和第二管25之间的最接近操作和/或测量组件5的电接触点81以及接着收发器装置11和第二管25之间的电接触点87形成的第一偶极子的电信号的形式产生来自操作和/或测量组件5的确认信号。其中接触点87电气上和地层19连接。该注入到该第一偶极子中的电信号造成电磁控制信号穿过井周围的岩层传播，尤其是含有要传送的信息的电磁波的传播。接着在光滑电缆3和/或第二管25的引导下，该电磁确认信号上升到地面。通过首先第一收发器装置9和电缆3之间的电接触点84以及接着经桩83的第一收发器装置9和地层19之间的电接触点形成的第二偶极子拾取该电磁确认信号。该第二偶极子接收的电磁信号产生由第一收发器装置9接收的电信号。
通过上面说明那样的本发明，得到一种设备，其用于实时地在产油井装备井下位于“钢琴丝”型单股光滑电缆端头上的工具和地面上的控制件之间发送数据。
这样能同时利用光滑电缆用来完成“滑线”操作的机械性质(即和扭绞电缆相比容易在井头处提供密封并且机械强度高)并且利用实时地在地面和井下点之间发送信息的可能性。尽管光滑电缆的导电率性质差，所得到的结果是惊奇的。
另外，该设备方便地适应于现有装备。